CN115895451A - 一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，包括研磨颗粒、表面处理剂、PH调节剂、分散剂、表面活性剂及水。其组分按重量百分比计包括：20~40%研磨颗粒，6~12%的表面处理剂，PH调节剂，4~10%的分散剂，0.01~0.1%非离子表面活性剂以及余量纯水。本发明提供的抛光液用于集成电路硅晶圆的抛光过程的精抛阶段，集成电路硅晶圆片经过粗抛后，再经本发明所涉及的抛光液进行精抛，得到最终的抛光硅晶圆片。本发明提供的抛光液在对硅晶圆抛光后，可在硅片表面生成亲水膜，形成亲水性抛光面，能有效降低硅片表面的颗粒水平，提高产品质量，此外本发明所涉及的抛工艺成熟，过程简单，硅片表面处理效果佳。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，特别是一种用于集成电路硅晶圆片制备亲水性表面的抛光液组合物。
背景技术
随着半导体工业的迅速发展，集成电路的集成度也越来越高，这就要求更小的电子元器件尺寸，此时，硅片表面的平整度要求越来越高，目前已要求达到纳米级水平，常规传统的表面平整化技术已无法满足技术发展的需求，化学机械抛光（CMP）正是基础这样的基础发展起来实现硅片抛光及平整化要求的工艺技术，被广泛应用于半导体制造领域；化学机械抛光（CMP）由磨粒和化学溶液通过一定的配比组成，并通过特定的抛光设备实现对硅晶圆表面的抛光，在抛光过程中，抛光液中的化学溶液与硅片发生化学反应，使得硅片表面形成比较容易去除的物质，然后通过磨粒与硅片表面进行机械摩擦的作用将生产物质去除，实现硅晶圆表面的抛光；化学机械抛光（CMP）是一个化学与物理的交替过程，正是通过化学与物理的协同作用、循环进行，达到去除硅片表面的机械损伤，从而获得一个满足工艺需求的硅片表面；为了提高抛光效率，硅晶圆抛光过程一般进行两次抛光。在第一次抛光中，借助于磨粒与抛光布的机械作用，对硅片表面进行高效抛光，其目的是为获得硅片初步平整度。二次抛光是精抛光，通过不断去除水合膜来进行无损伤抛光；随着超大规模集成电路的发展，为了降低生产成本、提高生产效率，硅片的直径也越来越大，对硅片表面的平整度要求也越来越高，抛光硅片的表面颗粒残留也越加严格，抛光硅片的表面颗粒残留会导致后续工艺图形缺陷，影响产品质量，导致产品良率降低。经过抛光后的硅片表面若为疏水性，经清洗后残留在硅片表面的料液及清洗液会产生积聚凝结，在硅片表面分布不均，经后续工艺清洗后表面颗粒水平下降，容易导致硅片表面产生抛光及清洗痕迹，最终使得生产良率下降。因此，对抛光后的硅片表面进行亲水性处理是非常必要的，因此开发出一款能制备亲水性表面硅片的抛光液产品具有重要的意义；现有技术中，中国专利CN111251163A，公开日为：2020 年06月09日，公开了一种获得亲水性表面的抛光硅片的加工方法，该方法包括利用抛光布、抛光液对硅片进行化学抛光处理的过程，该过程包括粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤，粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤分别按四个阶段进行，其中，第一阶段至第三阶段均采用抛光液抛光，第四阶段均采用纯水进行抛光，中抛步骤和精抛步骤中所采用的研磨剂为平均粒径在3~80nm的SiO2颗粒的碱性抛光液，胶体状抛光原液用纯水进行稀释20~100倍，精抛步骤的第四阶段抛光时间控制在0~15s，完成精抛后，将抛光硅片浸泡到含有0.02%~1%表面活性剂的纯水中获得亲水性抛光片表面。该方法主要通过工艺条件的优化得到亲水性表面抛光硅片，其过程繁琐，工艺参数控制严格，仍需有提高完善的空间。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于集成电路硅晶圆片制备亲水性表面的抛光液组合物，本发明涉及的抛光液，主要用于硅晶圆的精抛过程，经本发明的抛光液处理后，可在硅片表面形成亲水膜层，从而有效改善抛光硅片表面的颗粒水平，提高产品良率，为实现以上目的，本发明提供一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，包括研磨颗粒、表面处理剂、PH调节剂、分散剂、表面活性剂及纯水，其特征在于：其组分按重量百分比计包括：20~40%研磨颗粒，6~12%的表面处理剂， PH调节剂，4~10%的分散剂，0.01~0.1%非离子表面活性剂以及余量纯水。
优选的，所述的抛光液在使用时根据工艺情况进行稀释使用，其稀释倍数为25~35倍。
优选的，所述的研磨颗粒为纳米二氧化硅颗粒，其颗粒平均粒径为60nm，添加比例为25-35%。
优选的，所述的表面处理剂主要用于制备硅片表面的亲水性膜层，其为过氧化氢和氨水的组合物，其中过氧化氢与氨水按原料质量比为2：1的比例混合后添加，添加比例为8-10%。
优选的，所述的PH调节剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的一种。
优选的，所述的分散剂为有机聚醇，选自聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙二醇200、聚丙二醇400中的至少一种。
优选的，所述的分散剂添加比例为6-8%。
优选的，所述的抛光液组合物还含有非离子表面活性剂组分，其成分为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯系列表面活性剂，选自吐温20、吐温40中的至少一种。
优选的，纯水为常规使用的超纯水，其电导＞18MΩ·cm。
本发明通过表面处理剂对硅片表面进行亲水处理，其主要原理是通过氧化性物质对硅原子进行氧化作用形成硅氧化物，硅氧化物表面存在有非桥键的羟基存在（硅醇），而羟基是亲水性基团，在有水的环境中会与水进行物理吸附而形成氢键，形成如图1所示的表面结构；亲水处理过程就是利用化学的方式使得硅片表面形成含有非桥键结构的羟基的二氧化硅层，这层结构具有亲水性质，使硅表面具有较好的亲水性，同时，本发明涉及主要组分，其作用如下：
1. 研磨颗粒：与抛光垫进行协同作用对硅片表面进行研磨去除，达到硅片表面抛光目的；
2. 表面处理剂：在抛光过程中，与硅原子进行反应形成硅氧化物，协同研磨颗粒对硅氧化物的摩擦去除；
3. PH调节剂：调整抛光液的PH，确保PH在要求范围内；
4. 分散剂：降低研磨颗粒积聚，增加抛光溶液均一性；
5. 表面活性剂：降低溶液表面张力，增加料液在硅片表面的浸润性。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于集成电路硅晶圆抛光液，用于硅晶圆的精抛过程，晶圆硅片经过本发明提供的抛光液抛光处理后表面能形成亲水膜，其亲水性好，可有效地改善硅片在清洗过程中颗粒水平，清洗后得到抛光硅片颗粒度小，硅片抛光质量更好。
附图说明
图1为根据本发明实施例的硅亲水表面结构模型示意图；
图2为根据本发明实施例的硅晶圆表面平整度评价标准表；
图3为根据本发明实施例的表面颗粒水平评价标准表；
图4为根据本发明实施例的抛光液成分、抛光效果对比表；
图5为根据本发明实施例的实施例1测试后硅晶圆表面平整度检测图；
图6为根据本发明实施例的实施例1表面颗粒水平检测图；
图7为根据本发明实施例的实施例2测试后硅晶圆表面平整度检测图；
图8为根据本发明实施例的实施例2表面颗粒水平检测图；
图9为根据本发明实施例的实施例3测试后硅晶圆表面平整度检测图；
图10为根据本发明实施例的实施例3表面颗粒水平检测图；
图11为根据本发明实施例的实施例4测试后硅晶圆表面平整度检测图；
图12为根据本发明实施例的实施例4表面颗粒水平检测图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1-12所示，根据本发明实施例的一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，包括研磨颗粒、表面处理剂、PH调节剂、分散剂、表面活性剂及纯水，其特征在于：其组分按重量百分比计包括：20~40%研磨颗粒，6~12%的表面处理剂， PH调节剂，4~10%的分散剂，0.01~0.1%非离子表面活性剂以及余量纯水。
优选的，所述的抛光液在使用时根据工艺情况进行稀释使用，其稀释倍数为25~35倍。
优选的，所述的研磨颗粒为纳米二氧化硅颗粒，其颗粒平均粒径为60nm，添加比例为25-35%。
优选的，所述的表面处理剂主要用于制备硅片表面的亲水性膜层，其为过氧化氢和氨水的组合物，其中过氧化氢与氨水按原料质量比为2：1的比例混合后添加，添加比例为8-10%。
优选的，所述的PH调节剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的一种。
优选的，所述的分散剂为有机聚醇，选自聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙二醇200、聚丙二醇400中的至少一种。
优选的，所述的分散剂添加比例为6-8%。
优选的，所述的抛光液组合物还含有非离子表面活性剂组分，其成分为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯系列表面活性剂，选自吐温20、吐温40中的至少一种。
优选的，纯水为常规使用的超纯水，其电导＞18MΩ·cm。
实施方法：如图2-4所示，根据本发明涉及的各组分及含量范围配置抛光液，将抛光液样品进行抛光液性能测试，测试选用的晶圆硅片为6英寸，抛光硅片先经过粗抛后，再用本方案提供的抛光液进行精抛处理，抛光时间设定为180S，抛光布选择聚氨酯高分子类结构，抛光盘转速50/50rpm，抛光压力30-50g/cm，抛光液流量为20-30ml/min。
实施例1
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：20%的纳米二氧化硅颗粒，8.5%的表面处理剂，四乙基氢氧化铵作为PH调节剂，6%的聚乙二醇200，0.06%的吐温80以及余量纯水，测试稀释倍数为20倍。
实施例2
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：40%的纳米二氧化硅颗粒，6%的表面处理剂，四丁基氢氧化铵作为PH调节剂，4%的聚丙二醇600，0.01%的吐温20以及余量纯水，测试稀释倍数为40倍。
实施例3
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：25%的纳米二氧化硅颗粒，12%的表面处理剂，四甲基氢氧化铵作为PH调节剂，10%的聚丙二醇200，0.1%的吐温60以及余量纯水，测试稀释倍数为25倍。
实施例4
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：32%的纳米二氧化硅颗粒，10.5%的表面处理剂，四丙基氢氧化铵作为PH调节剂，8.5%的聚乙二醇800，0.03%的吐温40以及余量纯水，测试稀释倍数为30倍。
对比例1
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：28%的纳米二氧化硅颗粒，不添加表面处理剂，其含量采用高纯水替代，四乙基氢氧化铵作为PH调节剂，5.5%的聚丙二醇400，0.09%的吐温80以及余量纯水，测试稀释倍数为28倍。
对比例2
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：35%的纳米二氧化硅颗粒，6.2%的表面处理剂，四丁基氢氧化铵作为PH调节剂，不添加分散剂，其含量采用高纯水替代，0.04%的吐温20以及余量纯水，测试稀释倍数为30倍。
对比例3
一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其组分按重量百分比计如下：22%的纳米二氧化硅颗粒，9.0%的表面处理剂，四甲基氢氧化铵作为PH调节剂，7.5%的聚乙二醇600以及余量纯水，配方不添加表面活性剂，测试稀释倍数为36倍。
以上实施例在相互不对立的情况下可以相互组合，进一步实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，包括研磨颗粒、表面处理剂、PH调节剂、分散剂、表面活性剂及纯水，其特征在于：其组分按重量百分比计包括：20~40%研磨颗粒，6~12%的表面处理剂， PH调节剂，4~10%的分散剂，0.01~0.1%非离子表面活性剂以及余量纯水。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其特征在于：所述的抛光液在使用时根据工艺情况进行稀释使用，其稀释倍数为20~40倍。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其特征在于：所述的抛光液经稀释后用于硅晶圆的精抛过程，抛光硅晶圆尺寸为4~6英寸，溶液PH值为11~12，抛光液使用温度为20~30℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的碱性抛光液组合物，其特征在于：所述的研磨颗粒为纳米二氧化硅颗粒，其颗粒平均粒径为60nm。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物，其特征在于：所述的表面处理剂主要用于制备硅片表面的亲水性膜层，是过氧化氢和氨水的组合物，其中过氧化氢与氨水按原料质量比为2：1的比例进行混合后添加，过氧化氢原料选择31%高纯级过氧化氢，氨水原料选择28%高纯级氨水。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物，其特征在于：所述的PH调节剂为有机强碱，在抛光液的配置过程中，根据抛光液的实际PH值对抛光液PH进行调整，有机强碱选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵及四丁基氢氧化铵中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物，其特征在于：所述的分散剂，选自有机聚醇类物质，包括聚乙二醇以及聚丙二醇中的至少一种，其中聚乙二醇平均分子量范围为200~800，聚丙二醇平均分子量范围为200-600。
8.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物，其特征在于：所述的抛光液组合物还含有非离子表面活性剂组分，其组分为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯系列表面活性剂，选自吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性表面硅片的抛光液组合物，其特征在于：纯水为常规使用的超纯水，其电导＞18MΩ·cm。
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